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          EEPW首頁(yè) > 模擬技術(shù) > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > 帶故障注入功能的高精度旋轉(zhuǎn)變壓器仿真系統(tǒng)

          帶故障注入功能的高精度旋轉(zhuǎn)變壓器仿真系統(tǒng)

          作者:ADI公司 Nandin Xu 時(shí)間:2019-12-06 來(lái)源:電子產(chǎn)品世界 收藏

          簡(jiǎn)介

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201912/407921.htm

          由于能夠在嚴(yán)苛和惡劣的環(huán)境中長(zhǎng)期保持出色的可靠性和高精度性能,因此被廣泛用在EV、HEV、EPS、變頻器、伺服、鐵路、高鐵、航空航天,以及其他需要獲取位置和速度信息的應(yīng)用。

          在上面的系統(tǒng)中,很多轉(zhuǎn)換芯片(RDC),例如ADI公司的AD2S1210和AD2S1205用來(lái)獲取數(shù)字位置和速度數(shù)據(jù)。客戶的系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)干擾和故障問(wèn)題,很多時(shí)候,他們都想評(píng)估角度和速度在受干擾條件下的精度性能,找出和驗(yàn)證引發(fā)問(wèn)題的根本原因,然后修復(fù)和優(yōu)化系統(tǒng)。帶故障注入功能的高精度仿真系統(tǒng)(模擬連接到以恒速運(yùn)行或位置固定的真實(shí)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器)可以解決干擾和故障問(wèn)題,而無(wú)需搭建復(fù)雜的電機(jī)控制系統(tǒng)。

          本文將首先分析旋轉(zhuǎn)變壓器仿真系統(tǒng)中的誤差貢獻(xiàn),并給出一些誤差計(jì)算示例,幫助您了解為何高精度對(duì)于旋轉(zhuǎn)變壓器仿真器如此重要。然后展示現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用干擾條件下的故障示例。接下來(lái),介紹如何使用最新的高精度產(chǎn)品,構(gòu)建具有故障仿真和注入功能的高精度旋轉(zhuǎn)變壓器仿真器。最后,將展示旋轉(zhuǎn)變壓器仿真器能實(shí)現(xiàn)的功能。

          旋轉(zhuǎn)變壓器仿真系統(tǒng)中的誤差貢獻(xiàn)

          首先,本節(jié)將介紹理想的旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)。然后,將給出五個(gè)常見(jiàn)的非理想特性和誤差分析方法,幫助您理解為什么旋轉(zhuǎn)變壓器仿真器系統(tǒng)需要高精度。

          如圖1所示,旋轉(zhuǎn)變壓器仿真器將模擬連接到以恒速運(yùn)行或位置固定的真實(shí)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器。經(jīng)典款或可變磁阻旋轉(zhuǎn)變壓器包含轉(zhuǎn)子和定子。可以將旋轉(zhuǎn)變壓器視為一種特殊的變壓器。在初級(jí)側(cè),如方程式1所示,EXC表示正弦激勵(lì)輸入信號(hào)。在次級(jí)側(cè),如方程式2和方程式3所示,SIN和COS表示兩個(gè)輸出端的調(diào)制的正余弦信號(hào)。

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          其中:

          θ是軸角,ω是激勵(lì)信號(hào)頻率,A0是激勵(lì)信號(hào)幅度,T是旋轉(zhuǎn)變壓器變比。

          調(diào)制的SIN/COS信號(hào)如圖2所示。對(duì)于不同象限中的恒定角θ,SIN/COS信號(hào)會(huì)出現(xiàn)同相和反相情況。對(duì)于恒速,SIN/COS包絡(luò)的頻率是恒定的,指示速度信息。

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          圖 1. 旋 轉(zhuǎn) 變 壓 器 結(jié) 構(gòu)

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          圖 2. 旋 轉(zhuǎn) 變 壓 器 電 氣 信 號(hào)

          對(duì)于ADI的所有RDC產(chǎn)品,解調(diào)信號(hào)如方程式4表示。當(dāng)φ(輸出數(shù)字角度)等于旋轉(zhuǎn)變壓器的角度θ(轉(zhuǎn)子的位置)時(shí),Type II跟蹤環(huán)路完成。在真實(shí)旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)中,幅度失配、相移、不完全正交、諧波激勵(lì)和感應(yīng)諧波這五種非理想情況都有可能發(fā)生,導(dǎo)致出現(xiàn)誤差。

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          幅度失配

          幅度失配是SIN和COS信號(hào)達(dá)到峰值幅度(COS為0°和180°,SIN為90°和270°)時(shí),它們的峰峰值幅度之差。旋轉(zhuǎn)變壓器繞組的差異或者SIN/COS信號(hào)的不平衡增益控制都可能導(dǎo)致失配。為了確定幅度失配引起的位置誤差,可以將方程式3更改為方程式5。

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          其中a表示SIN和COS信號(hào)之間的失配量,解調(diào)之后余下的包絡(luò)信號(hào)則可以如方程式6所示輕松顯示。通過(guò)將方程式6設(shè)置為等于0來(lái)促使Type II跟蹤環(huán)路中的包絡(luò)信號(hào)歸0時(shí),可以發(fā)現(xiàn)位置誤差ε = θ – φ。然后我們可以得到誤差信息,如方程式7所示。

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          在真實(shí)情況中,如果a很小,位置誤差也很小,意味著sin(ε) ≈ ε,θ + φ ≈ 2θ。所以,方程式7變成方程式8,誤差項(xiàng)用弧度表示。

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          如方程式8所示,誤差項(xiàng)按兩倍轉(zhuǎn)動(dòng)速度起伏,最大誤差a/2在45°的奇整數(shù)倍時(shí)達(dá)到。假設(shè)幅度失配為0.3%,代入方程式8中的變量,并使用45°的奇整數(shù)倍,最大誤差將在方程式9中表示,其中m是一個(gè)奇整數(shù)。

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          當(dāng)RDC模式為12位時(shí),可以通過(guò)方程式10將按弧度計(jì)算的誤差轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)SB,約為1LSB。

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          相移

          相移包含差模相移和共模相移。差模相移是旋轉(zhuǎn)變壓器的SIN和COS信號(hào)之間的相移。共模相移是激勵(lì)參考信號(hào)與SIN和COS信號(hào)之間的相移。為了確定差模相移引起的位置誤差,可以將方程式3更改為方程式11。

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          其中a表示差模相移,當(dāng)正交項(xiàng)cos(wt)(sin(a)sin(θ)cos(φ))被忽略時(shí),解調(diào)之后余下的包絡(luò)信號(hào)可以使用方程式12表示。

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          在真實(shí)情況下,當(dāng)a很小時(shí),cos(a) ≈ 1 – a2/2。通過(guò)將方程式10設(shè)置為等于0來(lái)促使Type II跟蹤環(huán)路中的包絡(luò)信號(hào)歸0時(shí),可以發(fā)現(xiàn)由此導(dǎo)致的位置誤差ε = θ – φ。然后我們可以獲得誤差信息,如方程式13所示。

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          θ ≈ φ時(shí),在θ ≈ 45°時(shí),sin(θ)cos(φ)的最大值為0.5。所以,方程式13變成方程式14,誤差項(xiàng)用弧度表示。

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          假設(shè)差模相移為4.44°,當(dāng)RDC模式為12位時(shí),可以使用方程式15轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)SB的誤差值約為1 LSB。

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          當(dāng)共模相移為β時(shí),可以將方程式2和3分別改寫為方程式16和17。

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          同樣,誤差項(xiàng)可以用方程式18表示。

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          在靜態(tài)工作條件下,共模相移不會(huì)影響轉(zhuǎn)換器的精度,但由于轉(zhuǎn)子阻抗和目標(biāo)信號(hào)的無(wú)功分量,運(yùn)動(dòng)中的旋轉(zhuǎn)變壓器會(huì)產(chǎn)生速度電壓。速度電壓位于目標(biāo)信號(hào)象限內(nèi),它僅在運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生,在靜態(tài)角度下并不存在。當(dāng)共模相移為β時(shí),跟蹤誤差幾乎可以用方程式19表示,其中ωM是電機(jī)速度,ωE是激勵(lì)速度。

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          如方程式19所示,誤差與旋轉(zhuǎn)變壓器的速度和相移成正比。因此,一般而言,使用高旋轉(zhuǎn)變壓器激勵(lì)頻率大有裨益。

          不完全正交

          不完全正交表示在這種情況下SIN/COS所指的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)并不是準(zhǔn)確的90°正交。當(dāng)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器相位并不是以完全空間正交的方式加工或裝配時(shí),就會(huì)發(fā)生這種情況。當(dāng)β表示不完全正交的量時(shí),可以將方程式2和3分別改寫為方程式20和21。

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          和之前一樣,解調(diào)之后余下的包絡(luò)信號(hào)可以如方程式22所示輕松顯示。當(dāng)您將方程式22的值設(shè)置為0,假設(shè)β很小,cos(β) ≈ 1,sin(β) ≈ β時(shí),可以發(fā)現(xiàn)有此導(dǎo)致的位置誤差ε = θ – φ。然后我們可以接收誤差信息,如方程式23所示。

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          如方程式23所示,當(dāng)β/2的最大誤差達(dá)到45°的奇整數(shù)倍時(shí),誤差項(xiàng)按兩倍轉(zhuǎn)動(dòng)速度起伏。與幅度失配引起的誤差相比,在本例中,平均誤差為非零,峰值誤差等于正交誤差。在幅度失配示例中,當(dāng)β = 0.0003,弧度= 0.172°時(shí),在12位模式下可能產(chǎn)生約1 LBS誤差。

          諧波激勵(lì)

          在前面的分析中,假設(shè)激勵(lì)信號(hào)是一個(gè)理想的正弦信號(hào),不包含附加諧波。在實(shí)際系統(tǒng)中,激勵(lì)信號(hào)確實(shí)含有諧波。因此,方程式2和方程式3可以改寫為方程式24和方程式25。

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          解調(diào)之后余下的包絡(luò)信號(hào)可以如方程式26所示輕松顯示。在Type II跟蹤環(huán)路中促使此信號(hào)歸零。

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          將方程式26設(shè)置為0,可以發(fā)現(xiàn)由此導(dǎo)致的位置誤差ε = θ – φ。然后我們可以獲得誤差信息,如方程式27所示。

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          如果旋轉(zhuǎn)變壓器激勵(lì)具有相同的諧波,則方程式27的分子為零,不產(chǎn)生位置誤差。這意味著即使值非常大時(shí),共激勵(lì)諧波對(duì)RDC的影響也可以忽略不計(jì)。但是,如果SIN或COS中的諧波含量不同,所產(chǎn)生的位置誤差與方程式8所示的幅度失配具有相同的函數(shù)形狀。這會(huì)嚴(yán)重影響位置精度。

          感應(yīng)諧波

          實(shí)際上,不可能建立一個(gè)電感曲線是位置的完美正弦和余弦函數(shù)的旋轉(zhuǎn)變壓器。正常情況下,電感中包含諧波,VR旋轉(zhuǎn)變壓器包含直流分量。因此,方程式2和方程式3可以分別改寫為方程式28和方程式29,其中K0表示直流分量。

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          解調(diào)之后余下的包絡(luò)信號(hào)可以如方程式30所示。

          在Type II跟蹤環(huán)路中,促使此信號(hào)歸零,在諧波幅度較小,n > 1且Kn << 1時(shí),可利用方程式31計(jì)算誤差信息ε = θ – φ。

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          根據(jù)這個(gè)方程式,相比諧波效應(yīng),誤差對(duì)直流項(xiàng)更為敏感,它與感應(yīng)諧波幅度成正比。與此同時(shí),第n個(gè)電感諧波決定了位置誤差的第(n – 1)個(gè)諧波的幅度。

          旋轉(zhuǎn)變壓器仿真器系統(tǒng)中的誤差貢獻(xiàn)總結(jié)

          除了上述誤差源外,耦合到SIN和COS線的干擾、放大器的失調(diào)誤差、偏置誤差等也會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。旋轉(zhuǎn)變壓器仿真器系統(tǒng)的誤差源和貢獻(xiàn)總結(jié)如表1所示,其中包括12位模式1 LSB這個(gè)最差的示例。也可以參考該表,計(jì)算另一種RDC分辨率模式的值。

          表1.旋轉(zhuǎn)變壓器仿真器系統(tǒng)中的誤差源和貢獻(xiàn)總結(jié)

          誤差源
          錯(cuò)誤表達(dá)
          1 LSB示例描述
          幅度失配1575625971694167.png0.003幅度失配會(huì)導(dǎo)致1 LSB誤差a=幅度失配
          相移1575625981373649.png4.44°差分相移導(dǎo)致1 LSB誤差
          a=差分相移
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          β=共模相移

          ωM=電機(jī)速度,
           ωE=激勵(lì)速度

          不完全正交1575626013972637.png0.172°非完全正交導(dǎo)致1 LSB誤差
          β=相對(duì)于完全正交的角度偏差
          諧波激勵(lì)1575626020408913.pngAcn, Asn=諧波幅度
          感應(yīng)諧波
          1575626028564594.pngK0 = 直流分量,Kn = 諧波幅度

          RDC系統(tǒng)中的故障類型

          在真實(shí)的RDC系統(tǒng)中,會(huì)出現(xiàn)大量故障情況。以下章節(jié)將顯示現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試期間出現(xiàn)的不同故障類型和一些故障信號(hào),以及如何使用第三節(jié)介紹的旋轉(zhuǎn)變壓器仿真器解決方案來(lái)模擬故障類型。除上述故障類型外,還可能存在隨機(jī)干擾,導(dǎo)致出現(xiàn)另一故障,或者同時(shí)發(fā)生一些其他故障。

          錯(cuò)接故障

          錯(cuò)接是指通過(guò)不正確的連接將旋轉(zhuǎn)變壓器激勵(lì)和SIN/COS對(duì)連接到RDC SIN/COS輸入和激勵(lì)輸出引腳。錯(cuò)接發(fā)生時(shí),RDC也可以解碼角度和速度信息,但是角度輸出數(shù)據(jù)會(huì)顯示跳變,就像DAC輸出中的偏置誤差。請(qǐng)參考圖3,查看錯(cuò)接案例和結(jié)果數(shù)據(jù)。其中,第一列顯示EXC/SIN/COS引腳和輸出角度,其余列顯示錯(cuò)接情況。

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          圖 3. 旋轉(zhuǎn)變壓器錯(cuò)接和角度輸出

          相移故障

          從誤差貢獻(xiàn)章節(jié),我們了解了相移包括差模相移和共模相移。鑒于差模相位可以被視為共模相移的差,所以,在本節(jié)中,相移故障是指由共模相移引起的故障。

          請(qǐng)參考圖4,查看共模相移誤差貢獻(xiàn)。相位1表示激勵(lì)濾波器延遲。相位2表示旋轉(zhuǎn)變壓器相移。相位3表示線路延遲。相位4表示SIN/COS濾波器延遲。在現(xiàn)場(chǎng)RDC系統(tǒng)中,當(dāng)相移誤差發(fā)生時(shí),意味著相位1、相位2、相位3和相位4的總值大于44°。正常情況下,旋轉(zhuǎn)變壓器相移誤差為10°。非正常情況下,總相位誤差可以達(dá)到30°。出于量產(chǎn)考慮,需要留下足夠的相位裕度。

          當(dāng)SIN/COS的相移不同時(shí),會(huì)引起相移失配故障。如果發(fā)生這種情況,角度和速度精度將會(huì)受到影響。

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          圖 4. 相移誤差貢獻(xiàn)

          斷開故障

          當(dāng)旋轉(zhuǎn)變壓器的任何線路與RDC平臺(tái)接口斷開連接時(shí),就會(huì)發(fā)生斷開故障。隨著產(chǎn)品的安全水平不斷提高,線路斷開檢測(cè)一再受到客戶關(guān)注。我們可以模擬這個(gè)故障,將SIN/COS設(shè)置為零電壓。發(fā)生連接斷開的情況時(shí),可以在AD2S1210中觸發(fā)LOS/DOS/LOT故障。

          幅度失配/超限故障

          當(dāng)電路增益控制或SIN/COS的旋轉(zhuǎn)變壓器比值不同時(shí),會(huì)發(fā)生幅度失配,這也意味著SIN/COS包絡(luò)的幅度值不同。當(dāng)幅度接近AVDD時(shí),會(huì)觸發(fā)幅度超限故障。對(duì)于AD2S1210,這被稱為削波故障。請(qǐng)參考圖5,查看不錯(cuò)的SIN/COS信號(hào)示例。

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          圖 5. 理想的 SIN / COS 信號(hào)

          IGBT干擾故障

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          圖 6. SIN / COS 耦合 IGBT 干擾

          IGBT干擾是指干擾信號(hào)與IGBT開關(guān)的開/關(guān)效應(yīng)相耦合。當(dāng)信號(hào)與SIN/COS線耦合時(shí),位置和速度性能會(huì)受影響,角度值會(huì)發(fā)生跳變,速度方向可能變化。圖6所示為一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)示例,其中通道1是SIN信號(hào),通道2是COS信號(hào),毛刺表示干擾與IGBT開關(guān)耦合。

          超速故障

          當(dāng)電角度的速度高于旋轉(zhuǎn)變壓器解碼系統(tǒng)的速度時(shí),就會(huì)發(fā)生超速故障。例如,在12位模式下,AD2S1210所能支持的最大速度為1250 SPS,當(dāng)旋轉(zhuǎn)變壓器電角度的速度為1300 SPS時(shí),就會(huì)觸發(fā)超速故障。

          旋轉(zhuǎn)變壓器仿真器系統(tǒng)架構(gòu)和描述

          從第一節(jié),我們知道幅度和相位誤差會(huì)直接決定解碼角度和速度性能。幸運(yùn)的是,ADI提供龐大的精密產(chǎn)品組合,您可以從中選擇合適的產(chǎn)品來(lái)構(gòu)建旋轉(zhuǎn)變壓器仿真器系統(tǒng)。下面的描述將展示如何構(gòu)建高精度的旋轉(zhuǎn)變壓器仿真器,并討論應(yīng)選擇哪些器件。

          對(duì)于圖7所示的仿真器框圖,有7個(gè)模塊需要注意:

          1.    用于數(shù)據(jù)分析和控制的過(guò)程控制平臺(tái)。

          2.    同步時(shí)鐘生成模塊,為子系統(tǒng)生成同步時(shí)鐘。

          3.    故障信號(hào)生成模塊,生成不同的故障信號(hào)。

          4.    SIN/COS生成模塊,生成經(jīng)過(guò)調(diào)制的SIN/COS信號(hào)作為旋轉(zhuǎn)變壓器輸出。

          5.    信號(hào)采集模塊,作為激勵(lì)和反饋信號(hào)采集模塊。

          6.    SIN/COS輸出模塊,處理包含緩沖區(qū)、增益和濾波器的SIN/COS輸出。

          7.    激勵(lì)信號(hào)輸入模塊,自帶緩沖和濾波電路。

          8.    電源模塊,為ADC、DAC、開關(guān)、放大器等元器件提供電源。

          旋轉(zhuǎn)變壓器仿真器系統(tǒng)工作時(shí),讓信號(hào)采集模塊從輸入模塊采集激勵(lì)信號(hào)樣本,然后由處理器分析其頻率和幅度。處理器使用CORDIC算法計(jì)算SIN/COS DAC輸出數(shù)據(jù)代碼,然后通過(guò)SIN/COS模塊生成與激勵(lì)輸入相同頻率的正弦信號(hào)。系統(tǒng)將同時(shí)采集激勵(lì)和SIN/COS信號(hào),計(jì)算并調(diào)整SIN/COS相位/幅度,補(bǔ)償激勵(lì)和SIN/COS之間的相位誤差,使其等于零,然后將SIN/COS幅度校準(zhǔn)到相同水平。最后,系統(tǒng)將生成經(jīng)過(guò)調(diào)制的SIN/COS信號(hào)和故障信號(hào),以模擬角度性能、速度和故障情況。

          240088-fig-07.jpg

          圖 7. 旋轉(zhuǎn)變壓器仿真器框圖

          圖8中所示的信號(hào)鏈顯示了一個(gè)雙16位sim SAR ADC AD7380,用于在OSR使能,SNR可以達(dá)到98 dB時(shí)采集激勵(lì)和反饋信號(hào)。它非常適合同時(shí)進(jìn)行高精度的相位和幅度校準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集。超低功耗、低失真的ADA4940-2被作為ADC驅(qū)動(dòng)器。采用高精度、低噪聲的20位DAC AD5791來(lái)生成SIN/COS信號(hào)和故障信號(hào),從降低分辨率和成本方面考慮,可以使用AD5541A或AD5781來(lái)代替AD5791。高精度、可選增益差分放大器AD8475被用作輸入/輸出緩沖器。具有超低失調(diào)漂移和電壓噪聲放大功能的高精度軌對(duì)軌運(yùn)算放大器AD8676和AD8599用于構(gòu)建有源濾波器和加法電路。最大電阻0.8 Ω的單電源軌對(duì)軌雙SPDTADG854用于開關(guān)和選擇SIN/COS信號(hào),然后發(fā)送至數(shù)據(jù)采集模塊。

          240088-fig-08.jpg

          圖 8. 旋轉(zhuǎn)變壓仿真器信號(hào)鏈

          整個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器仿真器系統(tǒng)通過(guò)外部的12 V適配器供電,該適配器使用直流-直流轉(zhuǎn)換器和LDO穩(wěn)壓器,提供不同的電壓電平。參考圖9,查看詳細(xì)的電源信號(hào)鏈。使用ADP5071可以產(chǎn)生正負(fù)16 V電壓,但使用ADP7118和ADP7182可以生成更清晰、更穩(wěn)定的正負(fù)15 V電壓。這些電源主要用于為DAC相關(guān)電路供電。同樣,可以使用ADP2300、ADP7118、ADM660和AD7182生成清晰穩(wěn)定的+3.3 V、+5 V、-5 V和-2 V電源。這些電源主要用于為ADC相關(guān)電路供電,且滿足詳細(xì)的設(shè)計(jì)要求。

          240088-fig-09.jpg

          圖  9.電 源 信 號(hào) 鏈

          旋轉(zhuǎn)變壓器仿真器平臺(tái)測(cè)試和結(jié)果

          參考圖10,查看完整的系統(tǒng)平臺(tái)測(cè)試。它包含一個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器仿真器板、一個(gè)AD2S1210評(píng)估板和一個(gè)GUI。請(qǐng)參見(jiàn)圖11,查看GUI和平臺(tái)測(cè)試圖。AD2S1210 GUI用于直接評(píng)估旋轉(zhuǎn)變壓器仿真器的性能,尤其是角度和速度性能。通過(guò)旋轉(zhuǎn)變壓器仿真器GUI,可以配置速度、角度性能和故障信號(hào)。

          240088-fig-10.jpg

          圖 10. 實(shí) 驗(yàn) 測(cè) 試 框 圖

          240088-fig-11.jpg

          圖 11. 實(shí) 驗(yàn) 測(cè) 試 和 GUI


          240088-fig-12.jpg

          圖 12. 角 度 /速 度 INL

          參考圖12,查看已禁用遲滯模式的16位AD2S1210的角度和速度性能INL。

          請(qǐng)參考表2,查看與標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)變壓器仿真器器件相比,此解決方案的性能數(shù)據(jù)。使用AD5791得出的理論角度精度為0.0004°,在實(shí)際基準(zhǔn)測(cè)試中,角度精度為0.006°,最大速度輸出為3000 rps,速度精度為0.004 rps,很容易滿足AD2S1210在10為至約16位模式下的要求。

          參考表3,查看此仿真器支持的故障模式。對(duì)于與相位相關(guān)的故障,0°至大約360°的范圍可以支持SIN/COS信號(hào)。對(duì)于與幅度相關(guān)的故障,0 V到大約5 V的范圍可以支持SIN/COS信號(hào)。此解決方案還可以用于模擬超速、IGBT、連接斷開等故障。

          表2.性能比較

          產(chǎn)品/參數(shù)

          North Atlantic 5330A

          North Atlantic 5300A
          此解決方案
          需要AD2S1210

          激勵(lì)頻率

          47 Hz至10 kHz360 Hz至20 kHz
          2kHz至20kHz
          2 kHz至20 kHz
          角精度
          0.003° - ~0.015°

          0.00055556° — ~0.0167°

          12.2070 kHz載波時(shí),優(yōu)于0.006°

          0.0417°和1 LSB
          等級(jí)范圍
          高達(dá)277 rps
          高達(dá)278 rps
          高達(dá)3000 rps

          在8.19 MHz時(shí)鐘時(shí),

          高達(dá)2500 rps

          等級(jí)精度
          ±1%

          0.004 rps (<150 rps)
          ±0.0305 rps (<125 rps)

          表3.故障模式和支持的范圍

          故障

          模式

          相移

          相移失配

          幅度失配

          幅度超限

          IGBT

          干擾

          隨機(jī)

          干擾

          超速

          連接

          斷開

          范圍

          0°   - ~360°

          0°   - ~360°

          0 V - ~5 V

          0 V - ~5 V

          ?

          ?

          0 rps - ~3000 rps

          ?

          240088-fig-13.jpg

          圖 13. IGBT 干 擾 示 例 

          參考圖13,查看關(guān)于IGBT故障的測(cè)試示例。將仿真器輸出配置為45°,然后在SIN/COS輸出中添加周期性干擾信號(hào)。從AD2S1210評(píng)估板GUI顯示的角度和速度性能可以看出,角度性能在45°左右波動(dòng),而速度則在0 rps左右波動(dòng)。

          結(jié)論

          大多數(shù)RDC相關(guān)應(yīng)用中都存在干擾,干擾嚴(yán)重時(shí)會(huì)觸發(fā)多種類型的故障。當(dāng)您構(gòu)建自己的旋轉(zhuǎn)變壓器仿真器時(shí),請(qǐng)遵循此解決方案,因?yàn)樗粌H可以幫助您評(píng)估干擾條件下的系統(tǒng)性能,還可以像標(biāo)準(zhǔn)仿真器一樣校準(zhǔn)和驗(yàn)證您的產(chǎn)品。詳細(xì)的誤差分析可以幫助您理解為什么需要精確的模擬SIN/COS信號(hào);可以模擬本文討論的所有故障類型,以幫助進(jìn)行一些功能安全驗(yàn)證。

          參考

          Boyes, Geoffrey。“自整角機(jī)和旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)換。”ADI公司,1980年。

          Hanselman, Duane C。“用于高精度旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)要求?!?/strong>IEEE Trans.Ind.Electron.,第37卷第6期,1990年12月。

          Lynch, Michael。“高精密電壓源?!?/strong>ADI公司,2017年10月。

          O’Meara, Shane。AD7380評(píng)估套件。ADI公司,2019年。

          Symczak、Jakub、Shane O’Meara、Johnny Gealon和Christopher Nelson De La Rama “精密旋變數(shù)字轉(zhuǎn)換器測(cè)量角位置和速度?!盇DI公司,2014年3月。

          致謝

          非常感謝ADI實(shí)習(xí)生Edward Luo、應(yīng)用工程師Shane O 'Meara、Steven Xie、Karl Wei和Michael Lynch對(duì)本文的設(shè)計(jì)和測(cè)試工作提出的建議和支持。

          作者簡(jiǎn)介

          Nandin Xu是ADI上海公司的一名應(yīng)用工程師。他負(fù)責(zé)中國(guó)市場(chǎng)RDC、隔離調(diào)節(jié)器和精密DAC產(chǎn)品的技術(shù)支持工作。他畢業(yè)于武漢華中科技大學(xué),并獲得控制科學(xué)與控制技術(shù)碩士學(xué)位,于2013年加入ADI公司。業(yè)余時(shí)間他酷愛(ài)籃球和足球。




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